不同栽培密度與葉面肥噴施濃度對(duì)水稻葉片光系統(tǒng)Ⅱ熒光參數(shù)及SPAD值的影響

楊偉清 姜敏 陽會(huì)兵

摘 要：為探究不同栽培密度與葉面肥噴施濃度對(duì)水稻葉片光系統(tǒng)Ⅱ（Photosystem II，PSⅡ）熒光參數(shù)及SPAD值影響，并篩選出促進(jìn)水稻光合作用的最佳肥密處理。本研究通過栽培密度及葉面肥噴施濃度裂區(qū)試驗(yàn)，利用植物多功能儀測定水稻分蘗期葉片水稻葉片PSⅡ的非光化學(xué)猝滅（Non-photochemical quenching，NPQt）、有效量子產(chǎn)量（Effective quantum yield，Phi2）、非調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量（The quantum yield of unregulated energy dissipation，PhiNO）、調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量（The quantum yield of regulatory energy dissipation，PhiNPQ）及SPAD值，對(duì)各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。研究發(fā)現(xiàn)，主區(qū)因素栽培密度對(duì)NPQt造成顯著性影響，副區(qū)因素葉面肥噴施濃度對(duì)NPQt造成顯著性影響，對(duì)Phi2及PhiNPQ造成極顯著性影響，栽培密度及葉面肥噴施濃度耦合作用對(duì)PhiNO造成顯著性影響，對(duì)Phi2、PhiNPQ造成極顯著性影響。隨著栽培密度的增加，NPQt呈先下降后上升的趨勢、Phi2呈先升高后降低的趨勢、PhiNO現(xiàn)先持平后降低的趨勢、PhiNPQ先降低后升高的趨勢、SPAD呈先上升后降低的趨勢。隨著葉面肥噴施濃度的增加，NPQt與PhiNPQ呈先增加后減少的趨勢、Phi2與SPAD呈遞增趨勢、PhiNO呈先減少后增加的趨勢。在栽培密度及葉面肥噴施濃度交互作用影響下，D4L2處理對(duì)水稻葉片的NPQt提升效果最佳，D3L3處理對(duì)水稻葉片的Phi2與PhiNO影響效果最佳，D4L3處理對(duì)水稻葉片的PhiNPQ提升效果最佳，D1L1處理的水稻葉片的SPAD值最高。綜合比較篩選出D4L2處理為最優(yōu)的栽培措施，可有效增強(qiáng)水稻的光合作用能力。研究表明不同的栽培密度與葉面肥噴施濃度對(duì)水稻葉片PSⅡ熒光參數(shù)造成的影響不同，利用不同處理下的水稻葉片的光合特性，可以為篩選合理的水稻栽培措施提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：栽培密度;葉面肥噴施濃度;熒光參數(shù);SPAD值

中圖分類號(hào)：S5-33? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Effects of Different Planting Densities and Foliar Fertilizer Spraying Concentration on Photosystem Ⅱ Fluorescence Parameters and SPAD Value of Rice Leaf

YANG Weiqing，JIANG Min，YANG Huibing

（1 Liuyang Agricultural Science and Agricultural Machinery Research Institute， Liuyang， Hunan 410300， China; 2 College of Agronomy， Hunan Agricultural University， Changsha， Hunan 410128， China）

Abstract： The aim of this study was to explore the effects of different planting densities and foliar fertilizer spraying concentration on the PS Ⅱ fluorescence parameters and SPAD values of rice leaves to screen out the best planting density and foliar fertilizer concentration to promote rice photosynthesis.? Through split plot experiment on cultivation density and foliar fertilizer spraying concentration， Non-photochemical quenching （NPQT）， effective quantum yield （Phi2）， quantum yield of non-regulatory energy dissipation （PhiNO）， quantum yield of regulatory energy dissipation （PhiNPQ） and SPAD values of PS Ⅱ in rice leaves at tillering stage were measured by plant multifunctional apparatus， and multiple comparison was made for the data of each index. The results showed that the planting density of the main factor had a significant impact on NPQt; the foliar fertilizer spraying concentration of the secondary factor had a significant impact on NPQt， and had highly significant effects on Phi2 and PhiNPQ; the coupling action of planting density and foliar fertilizer spraying concentration had a significant impact on PhiNO，and extremely significant impact on Phi2 and PhiNPQ. With the increase of planting density， NPQt first decreased and then increased， Phi2 first increased and then decreased， PhiNO first kept invariant and then decreased， PhiNPQ first decreased and then increased， and SPAD first increased and then decreased. With the increase of foliar fertilizer spraying concentration， NPQt and PhiNPQ first increased and then decreased， Phi2 and SPAD increased gradually， and PhiNO first decreased and then increased. Under the interaction effects of planting density and foliar fertilizer spraying concentration， D4L2 treatment had the best effect on NPQt， D3L3 treatment had the best effect on Phi2 and PhiNO， D4L3 treatment had the best effect on PhiNPQ， and D1L1 treatment had the highest SPAD value.? ?Through comprehensive comparison， D4L2 treatment was selected as the best cultivation measure， which could effectively enhance the photosynthetic capacity in rice leaves.? ?The results showed that different planting density and foliar fertilizer spraying concentration had different effects on the fluorescence parameters of PS Ⅱ in rice leaves. Analysis of the photosynthetic characteristics in rice leaves under different treatments will provide a basis for screening reasonable cultivation measures of rice.

Key words： Planting density; foliar fertilizer spraying concentration; fluorescence parameters; SPAD values

噴施葉面肥可作為強(qiáng)化水稻營養(yǎng)、預(yù)防元素缺失及調(diào)控生長發(fā)育的一種有效施肥措施[1-2]。氮、磷、鉀是水稻生長不可或缺的元素[3]，因此為了調(diào)控水稻生育期的營養(yǎng)需求，KH2PO4， CO（NH2）2兩種肥料在水稻的各生育時(shí)期常被作為葉面肥噴施，許多研究證明該措施可以有效地補(bǔ)充水稻生長的營養(yǎng)需求[4-5]，輔助提升水稻的最終產(chǎn)量。PSⅡ是植物進(jìn)行光合作用的重要場所，其通過光能傳遞、光電轉(zhuǎn)化及電子轉(zhuǎn)移，可以將自然光能轉(zhuǎn)化為植物所需的化學(xué)能[6-7]。對(duì)于水稻PSⅡ熒光參數(shù)變化規(guī)律探索已經(jīng)成為了現(xiàn)代學(xué)術(shù)界的一個(gè)研究熱點(diǎn)，其中研究栽培密度、施肥水平對(duì)于水稻PSⅡ熒光參數(shù)影響研究已有許多[8-9]，唐彬等[10]發(fā)現(xiàn)移栽密度對(duì)最大量子產(chǎn)率影響不顯著，密度增大，非光化學(xué)猝滅系數(shù)升高，光化學(xué)猝滅系數(shù)、實(shí)際量子產(chǎn)率、表觀光合電子傳遞速率均下降。莊文鋒等[11]利用不同穗型水稻品種材料設(shè)計(jì)肥密隨機(jī)區(qū)組栽培試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)合理稀植及氮肥后移可促進(jìn)水稻葉片光合特性。和玉璞等[12]利用水氮調(diào)節(jié)正交試驗(yàn)方法對(duì)水稻葉片熒光參數(shù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)氮肥水平對(duì)水稻葉片熒光參數(shù)造成了顯著性影響。目前在眾多水稻葉片光合特性研究中，栽培密度及噴施葉面肥濃度的耦合作用對(duì)水稻葉片光合特性影響研究還尚未出現(xiàn)，因此本研究在此背景基礎(chǔ)上開展栽培密度及噴施葉面肥濃度的裂區(qū)試驗(yàn)，探索二者耦合作用對(duì)水稻葉片光合特性影響，為水稻合理栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)概況

試驗(yàn)設(shè)湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)瀏陽教學(xué)科研綜合基地，試驗(yàn)區(qū)面積5000 m2，地理位置113°84′E，28°30′N，系丘陵小盆地，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫17.3℃，1月平均氣溫5.4℃，7月平均氣溫28.7℃，年均降水量1358.6～1552.5 mm。土壤為潴育性水稻土，有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀含量分別為 29.1、1.58、0.49、14.62 g/kg，pH值為5.71。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，所有小區(qū)施肥復(fù)合肥（17-17-17）750 kg/hm2與尿素75? kg/hm2，施穗肥尿素105k kg/hm2與KCl 75 kg/hm2，N、K、P有效成分的比例為14.02：8.5：11.5，主區(qū)因素為栽培密度，考慮機(jī)械化作業(yè)的可操作性，分設(shè)4種水平：11×25 cm（D1）、14×25 cm（D2）、17×25 cm（D3）、21×25cm（D4），裂區(qū)因素為葉面肥噴施濃度，分設(shè)3種水平：0.15%KH2PO4（L1）、0.15% KH2PO4+0.5%CO（NH2）2（L2）、0.15% KH2PO4+1% CO（NH2）2（L3）， 葉面肥分四次施用，分別為分蘗期盛期、孕穗期、齊穗期、灌漿中期。其中，分蘗盛期與丙唑-多菌靈混施。

1.3 數(shù)據(jù)采集

在水稻分蘗期選擇晴朗無云的連續(xù)兩天，第一天噴施葉面肥，第二天11點(diǎn)至13點(diǎn)采用植物多功能儀測定水稻倒1葉熒光參數(shù)及SPAD值，每小區(qū)測得5片葉，最后對(duì)各指標(biāo)求平均。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用EXCEL整理分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用SPSS與DPS進(jìn)行方差分析[15]，多重比較采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培密度及葉面肥噴施濃度的熒光參數(shù)及SPAD值方差分析

由表1可見，區(qū)組間的誤差極小，對(duì)NPQt、Phi2、PhiNO、PhiNPQ及SPAD等指標(biāo)均無顯著影響，說明各區(qū)組間的土壤肥力差異均勻，對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行有著良好的幫助。不同密度水平下，NPQt存在著顯著性差異，Phi2、PhiNO、PhiNPQ、SPAD無顯著性差異。不同葉面肥噴施濃度水平下，NPQt存在著顯著性差異，Phi2、PhiNPQ存在極顯著性差異，PhiNO 、SPAD無顯著性差異。不同栽培密度及葉面肥噴施濃度耦合作用下，PhiNO存在著顯著性差異，Phi2、PhiNPQ存在極顯著性差異，NPQt，SPAD無顯著性差異。說明雖然主區(qū)因素密度的主效應(yīng)并未對(duì)Phi2、PhiNO、PhiNPQ等熒光參數(shù)造成顯著性影響，但是在主區(qū)與副區(qū)的交互效應(yīng)下，還是間接的對(duì)Phi2、PhiNO、PhiNPQ等熒光參數(shù)造成了影響。

2.2 不同栽培密度條件下的熒光參數(shù)及SPAD值多重比較

由表2可知，NPQt代表當(dāng)水稻葉片吸收的光能，超出光合作用所需時(shí)，保護(hù)自身受到過剩光能的損傷的能力，NPQt數(shù)值越大代表水稻葉片保護(hù)能力越強(qiáng)，NPQt隨著種植密度的增加，呈先下降后上升的趨勢，在D4密度水平顯著高于其他水平。Phi2代表水稻葉片開放的PSⅡ反應(yīng)中心對(duì)原初光能的利用率，Phi2數(shù)值越高代表水稻葉片合活性越強(qiáng)，Phi2隨著密度增加，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在D3水平達(dá)到最大值。PhiNO代表水稻葉片總量子產(chǎn)量除去Phi2（光化學(xué)能量轉(zhuǎn)換部分）和PhiNPQ（熱耗散部分），剩余量子產(chǎn)量（非調(diào)節(jié)性的能量耗散），PhiNO數(shù)值越高代表水稻葉片受到的光損傷程度越高，PhiNO隨著栽培密度的增加，呈現(xiàn)先持平后降低的趨勢，在D4水平達(dá)到最低值。PhiNPQ代表水稻可以通過熱耗散的形式將吸收的多余光能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行消耗，是光保護(hù)的重要指標(biāo)，其數(shù)值越高說明保護(hù)能力越強(qiáng)，PhiNPQ隨著栽培密度的增加，呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，在D4水平達(dá)到最高值。栽培密度主效應(yīng)對(duì)SPAD值影響不顯著，隨著密度增加SPAD值呈先上升后降低的趨勢，在D2水平達(dá)到最高值。

2.3 不同栽培密度條件下的熒光參數(shù)及SPAD值多重比較

由表3可知，考慮葉面肥噴施濃度主效應(yīng)影響，NPQt在L2與L3水平存在顯著差異，隨著濃度升高呈先增加后減少的趨勢，在L2水平達(dá)到最高值。Phi2在L1與L3水平存在極顯著性差異，隨著濃度升高而遞增，在L3水平達(dá)到最高值。PhiNO在L1與L3水平存在顯著性差異，隨著濃度升高呈先減少后增加的趨勢，在L2水平達(dá)到最低值。PhiNPQ在L1與L3水平存在顯著性差異、L2與L3水平存在極顯著性差異，隨著濃度升高呈先增加后減少的趨勢，在L2水平達(dá)到最高值。SPAD值在各水平不存在顯著性差異，隨著濃度升高而遞增，在L3水平達(dá)到最高值。

2.4 不同栽培密度及葉面肥噴施濃度耦合作用下熒光參數(shù)及SPAD值多重比較

由表4可知，考慮不同栽培密度及葉面肥噴施濃度交互作用影響，NPQt在主處理D1中，L1與L2水平存在顯著性差異;在主處理D2、D3、D4中，L1、L2、L3水平不存在顯著性差異，D4L2處理的NPQt值最大。Phi2在主處理D1中，L1與L2、L3水平存在極顯著性差異;在主處理D2中，L1、L2、L3水平不存在顯著性差異;在主處理D3中，L3與L1、L2水平存在極顯著性差異;在主處理D4中，L3與L1、L2水平存在顯著性差異，D3L3處理的Phi2值最大。PhiNO在主處理D1中，L1與L2、L3水平存在極顯著性差異;在主處理D2、D4中，L1、L2、L3水平不存在顯著性差異; 在主處理D3中， L3與L2水平存在顯著性差異，L3與L1水平存在極顯著性差異D3L3處理的PhiNO值最小。PhiNPQ在主處理D1中， L3與L1、L2水平存在極顯著性差異;在主處理D2、D4中， L1、L2、L3水平不存在顯著性差異;在主處理D3中，L3與L1、L2水平存在極顯著性差異，D4L3處理的PhiNPQ值最大。SPAD在主處理D1 、D2、D3、D4中，L1、L2、L3水平均不存在顯著性差異，D1L1處理的SPAD值最大。說明在不同栽培密度及葉面肥噴施濃度耦合作用對(duì)水稻葉片熒光參數(shù)及SPAD值特性影響中D4L2處理對(duì)水稻葉片的NPQt提升效果最佳，可以有效的提升水稻葉片對(duì)于光損傷的抵抗能力;D3L3處理對(duì)水稻葉片的Phi2與PhiNO影響效果最佳，可以有效的提升水稻葉片原初光能的利用率并降低水稻葉片受到的光損傷程度;D4L3處理對(duì)水稻葉片的PhiNPQ提升效果最佳，說明在該處理?xiàng)l件下水稻葉片的熱耗散能力最強(qiáng);雖然D1L1處理的水稻葉片的SPAD值最高，但并不代表其PSⅡ熒光參數(shù)能力最強(qiáng)。

3 結(jié)論與討論

適宜的栽培密度可以有效地改善水稻生長的群體結(jié)構(gòu)，前人研究表明隨著水稻種植密度的增加，其葉片SPAD值呈遞減的趨勢[13-14]，這與本文的研究結(jié)果一致，其他熒光參數(shù)的變化趨勢與SPAD值變化趨勢并不一致。本研究發(fā)現(xiàn)水稻葉片SPAD值在葉面肥噴施濃度主效應(yīng)影響下，隨著濃度增加，而遞增，僅與phi2變化趨勢一致，與剩余熒光參數(shù)變化趨勢并不一致，栽培密度與葉面肥噴施濃度的耦合效應(yīng)同樣反映了該現(xiàn)象，說明在水稻栽培過程中不能單純依靠葉片SPAD值作為評(píng)價(jià)其光合作用強(qiáng)弱的指標(biāo)，必須深化對(duì)水稻葉片的光合參數(shù)研究，才能探索出增強(qiáng)水稻光合作用的合理栽培措施。

綜合PSⅡ熒光參數(shù)評(píng)價(jià)與多重比較結(jié)果，可以篩選出增強(qiáng)水稻光合作用的栽培措施，栽培密度主效應(yīng)影響下D4水平在各熒光參數(shù)上有著優(yōu)異表現(xiàn)，葉面肥噴施濃度主效應(yīng)影響下L2水平在NPQt、PhiNO及PhiNPQ上有著優(yōu)異表現(xiàn)，L3水平在Phi2上有著優(yōu)異表現(xiàn)，結(jié)合耦合效應(yīng)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)D4L2處理為綜合評(píng)價(jià)最優(yōu)的栽培措施，其NPQt值最高、Phi2與PhiNPQ值在第4位、PhiNO值在倒數(shù)第2位，可有效增強(qiáng)水稻的光合作用能力。

植物多功能儀對(duì)于植物熒光參數(shù)測定存在著一定的缺陷，測定指標(biāo)只包含PSⅡ的部分指標(biāo)，而且測定環(huán)境要求極高，才能保證光合有效輻射維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成一定誤差，后續(xù)試驗(yàn)的開展將會(huì)采用便攜式葉綠素?zé)晒鈨x進(jìn)行進(jìn)一步的深化研究。

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